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量子计算机是个什么玩意?

发布时间:2017-12-29

  量子计算机是什么东西?

  柏拉图认为,现实世界只存在于我们的想象中,我们不能确定它们是真实的还是虚幻的。正如电影“不同元素的黑客”所推论的那样,在科技发达的时代,科学家们可以创造一个强大的虚拟电脑城市,虚拟城市科学家和虚拟城市。无论是第一层虚拟还是第二层虚拟,人的一生都是舒适的,他们有思想感情。蓝天与阳光,白云浮在空中。没有人怀疑这个世界的真实性,不知道他们是电脑AI。事实上,完成如此巨大的仿真并不是一件容易的事情。人类个体自身的所有特征,自身细胞间的微小变化和间接影响,以及环境温度,大气变化等都将是大量无法估算的数据,因此将是非常困难的为一台通用计算机实现完整的模拟,这需要一台量子计算机来完成。事实上,不久前,Google发布了一款基于浏览器的量子计算机模拟器,那么到底什么是量子计算机呢?让我们走近量子计算机,揭开它神秘的面纱。 2011年5月11日,D-Wave发布了世界上第一台商用量子计算机D-Wave One,但是D-Wave尚未达到量子计算,尚未得到学界的广泛认可量子计算机研究的重点之一是探索通用计算机的计算极限,当用计算机模拟量子现象时,由于希尔伯特空间大,数据量变得异常大,所需的计算时间美国物理学家理查德·菲曼(Richard P. Feynman)早在1982年就在一次公开演讲中提出了一种新颖的量子计算思想,即为了实现一个很好的模拟,可能是相当实际的,甚至是不切实际的。通用计算,紧接着,1985年,英国物理学家戴维·魏斯(David Weiss)提出了量子图灵机模型,当时理查德·费曼认为如果量子计算机被用来模拟量子现象,计算时间可以大大减少。因此量子计算机的概念诞生了,人类可能又迈出了新的一步。 D-Wave一台量子计算机是一种遵循量子力学定律的物理设备,用于高速数学和逻辑运算,存储和处理量子信息。量子力学中的基本定律包括不确定性原理,注2,注3,注4和注5等等。量子力学在生活中的应用还比较普遍,如基于半导体材料的电子产品(电子能级跃迁),通过原子谱线来分析材料(实验室,天文应用)的组成,激光记录盘,核磁共振等。 D-Wave One内部为了更好地理解量子计算机,我们可以将经典计算机描述为一种按照一定算法对输入和输出信号序列进行变换的机器。该算法是由计算机的内部逻辑实现的,与量子计算机相比,经典计算的二进制输入输出状态都是正交的,量子计算机的输入输出状态为一般叠加状态,量子计算机的输入是由一个有限能量的量子系统来描述的,比如两层系统(称为量子比特),可以看出,量子计算极大地扩展了经典计算,这是一个量子计算的一个特殊类别,量子计算的最本质的特征是量子重叠和量子相干,量子计算机对每个重叠分量的变换都是经典计算,所有这些都是同时完成的,一定的概率幅度给量子计算机的输出。这种计算称为量子并行计算,也是量子计算机最重要的优点。事实上,操纵微量子态的确是太难了,到目前为止世界上还没有真正的量子计算机,但这并不妨碍人们大胆探索和想象,也许在量子计算机不久前将出现在世界各地,并独立回答记者在闪存前提出的奇怪问题,量子计算机仍然看好,密码破解的潜力巨大,如当今主流的非对称(公钥)加密诸如RSA加密算法之类的算法主要是基于大整数的因式分解或在有限域上计算离散指数的数学问题。破解它们的难度也取决于解决这些问题的效率。在传统的计算机上,解决这两个数学问题,花费时间在指数时间(即破解时间随着公钥长度呈指数增长)在实践中是不可接受的,如在战争中破解敌人的加密通信,当战争结束,其中一名科学家兴奋地把这个破解的钥匙交给了沮丧的老板手中,真正意义的是什么!

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2017-12-29

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